輕鋼結構設計中的若干問題探討

吳文錦

（安徽省建筑設計研究院有限責任公司，安徽 合肥 230001）

1 結構形式

門式剛架是現在應用最為廣泛的結構，《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》僅僅對于A1～A5工作級別起重量小于20t的橋式吊車有效。對于噸位比較大的橋式吊車，即使存在設計成功的范例，從經濟角度看看，并不合理，因為此時采用實腹式鋼柱截面非常大。采用格構式鋼柱或是鋼管混凝土格構式柱可以在上述情況下采用。預應力格構式剛架可用于剛架跨度較大的情況。

在門式剛架結構設計中，工藝布置得到滿足的條件下，應該對最優柱距以及最優跨度做充分的考慮。工程實際中的經驗是：載荷較大時應加大柱距，可取8m左右，剛架跨度取19～20m；載荷較小，柱距可取6m左右，剛架跨度可取25～31m。

2 剛度及穩定設計

2.1 剛度設計

有重級及多層框架的工作廠房的變形監控，《鋼結構設計規范》中做了具體的要求。《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》對普通單層結構做出了明確的規定。

適用性問題是結構變形所涵蓋的問題，相對于安全性其考慮的并不深。筆者認為，單層鋼結構廠房的變形在設計是可以放寬標準，變形控制的建筑中，放寬變形容許條件可以降低經濟成本。通過比較已經建成的輕鋼結構廠房，在檐口的高度小于9m的單層廠房，強度條件是唯一考慮的因素，剛度變形不在考慮范圍。這種做法同美國標準一致。

2.2 穩定設計

在設計時，屋面梁柱外翼緣和上翼緣由檁條約束，但是輕鋼結構屋面相對質量輕，內力的方向容易被風載荷改變，由此柱內翼緣和梁下翼緣都有受到壓力的可能，此時，可通過設置隅撐來解決，下翼緣的整體穩定有隅撐連接下翼緣與檁條，行成側向約束解決。

設計采用Z型和C型檁條時，搭接連續性檁條，此時的連續梁的計算模式相對簡支梁為模式效果更好一些。此時簡支梁模式相對連續梁模式剛度小，穩定性也不如連續梁。美國鋼結構圖紙和技術中，他們的連續梁中反彎點之間的長度作為計算穩定的自由長度。此種方法比我國采用的自由長度小，穩定性也相對較好。

3 基礎設計

輕鋼結構結構自身重量輕，基礎的豎向荷載相對小，在鋼結構的設計中基礎大小的控制因素往往是水平載荷。工業廠房的偏心值在規范中并沒有明確的給出，基礎底面在偏心荷載作用下反力不均勻，會影響廠房的使用，同時也可能使基礎發生傾斜。研究表明對基底土壓力的分布做一下限制合理：基柱要承擔一般吊車載荷的情況下，Pmin≥0，地基與基底底面沒有出現脫離，在此條件下，偏心距的最大值為b/6；柱基在沒有吊車載荷而僅僅有風載荷的條件下，地基和基礎底面可以不完全接觸，接觸部分長度和基礎長度比值大于0.75，此時，還應該驗證底板受拉一邊的抗彎強度。為了滿足上述要求，我們可以增加基礎壓重，使用偏心基礎、增加埋深等措施。

4 支撐體系、檁條的計算分析

張緊的圓鋼組成的柔性支撐的支撐體系，一般用于沒有吊車的情況下。我們通常采用的是花籃螺栓，缺點是相對于圓鋼支撐端部用螺母張緊的做法成本低，優點是能有有效減少有支撐松弛造成的影響。

規范中指出，在檁條的下翼緣在風吸力組合作用下受壓的條件下，拉條適當布置在檁條的上、下翼緣附近。目前具有爭論的在于，規范中沒有給出對拉條位置具體的設置方法。設置雙層拉條是比較穩妥的方式，當時通常的做法還是僅在檁條的上緣附近設置拉條。通過穩定計算當檁條在風吸力組合下下翼緣受壓的情況，此時跨度作為檁條下翼緣側向的計算長度，但在風吸力作用下的墻梁按照此方法計算并不合理，因為控制截面的唯一因素將是穩定，計算非常不經濟。

經過驗算受壓穩定后，檐口和屋脊處采用雙檁的條件下，剛性桿件可以取消，此時傳遞縱向水平力的壓桿是檁條，在有垂直支撐處設置剛性系桿仍然是必要的。在采用扣合式屋面板的情況下，檁條的側向支撐不是屋面板，檁條應分情況按照不同的方法計算。規范中對各種情況進行了詳細的區分，設計中注意區分。

5 節點連接

規范中指出梁柱拼接和連接節點的形式主要是端板連接，包括的形式有外伸式加肋、外伸式和平板式等。拉力的分布狀態通過使用加勁肋進行改善提高，由于受拉翼緣兩側螺栓受力均勻，有效減少了端板厚度以及螺栓使用數量，同時提高了節點的抗彎能力。斜放、豎放和平放是梁與邊柱連接節點的三種方式。條件允許的情況下，端板平放是我們優先考慮的形式，因為此時柱能在安裝時起到臨時支架作用，而且可以減小節點的設計剪力。端板豎放和斜放適用于節點彎矩較大的情形，當端板斜放的情況下，應該注意保證安裝空間，而且此時對精度也有較高要求。

鉸接處理可應用于梁與中柱連接的情況下，在需要控制水平位移以及跨中反彎矩很大的條件下，此處可采用剛接設計。梁的下翼緣和端板平放，既便于安裝，又使受力合理。剪力與彎矩較小處進行梁中間拼接。

6 結語

門式剛架輕型房屋鋼結構我國已經進行了廣泛的應用，技術上取得了長足的進步，但是值得研究和需要提高的方面還有很多。只有充分理解輕鋼結構設計的概念，才能設計出更為經濟合理，而且安全可靠地輕鋼結構。

[1]林施穎.輕鋼結構活動房屋的現狀及發展趨勢[J].鋼結構, 2011（10）.

[2]程火焰，朱蕩蕩.輕鋼結構單層廠房整體穩定性的影響因素分析[J].湖南工程學院學報（自然科學版）, 2012（04）.